Крыло летательного аппарата
Владельцы патента RU 2697367:
Общество с ограниченной ответственностью "Техноветер" (RU)
Изобретение относится к технологии изготовления аэродинамических поверхностей крыла. Крыло летательного аппарата содержит лонжерон, выполненный из композиционных материалов, и обшивку крыла, выполненную из композиционных материалов и состоящую из панелей. Одна из панелей обшивки крыла выполнена больше, чем вторая панель. Большая панель выполнена от одной из кромок крыла таким образом, что охватывает противоположную кромку крыла с продолжением по противоположной стороне крыла до лонжерона и соединена с ним. Малая панель выполнена от кромки крыла, соединенной с большой панелью, до лонжерона, с которым выполнена совместно. Крыло склеено в районе кромки в месте соединения большой и малой панели. Большая панель приклеена к малке в районе лонжерона, и лонжерон прикреплен изнутри к большой панели. Изобретение направлено на увеличение надежности крыла летательного аппарата и снижение веса при сохранении прочности. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технологии изготовления изделий объемной формы из композиционных материалов, в частности к способам изготовления аэродинамических поверхностей летательных аппаратов, их корпусов или отсеков и других полых панельно-каркасных конструкций из неметаллических композитных материалов, и может быть использовано при изготовлении крыла, оперения, несущих и рулевых винтов, отсеков летательных аппаратов, а также других полых изделий из слоистых материалов с внутренними перегородками.
Уровень техники
Известна классическая конструкция полумонококового крыла из композиционных материалов. Включающая в себя верхнюю панель, нижнюю панель и лонжерон. Между собой эти детали склеиваются. К недостаткам этой конструкции следует отнести большую трудоемкость изготовления, вредность производства, высокий вес конструкции и ослабление конструкции в местах склейки.
Из уровня техники известен способ изготовления полых конструкций с внутренними стенками (RU 2522725 C1, B64F 5/00, опубл. 20.07.2014). Способ изготовления полых конструкций с внутренними стенками включает изготовление заготовки путем выкладки слоев препрега верхней и нижней обшивок, раскроенных по шаблонам, и формирование каркаса, укладку заготовки в пресс-форму, состоящую из отдельных формообразующих частей, предварительную опрессовку выложенных заготовок, прессование с помощью оправок и герметичных эластичных мешков, размещенных внутри заготовки, и удаление их из изделия после прессования. Выкладку верхней и нижней панелей конструкции производят на соответствующих формообразующих частях пресс-формы, выкладку внутренних стенок и их предварительную опрессовку осуществляют на комбинированной оправке. Комбинированная оправка содержит жесткое основание и эластичные края. Отдельные заготовки со своими формообразующими элементами оснастки собирают в единую заготовку конструкции.
К недостаткам этой конструкции следует отнести большую трудоемкость изготовления, вредность производства, высокий вес конструкции и ослабление конструкции в местах склейки, сложная и дорогая технологическая оснастка.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей заявляемого изобретения является создание крыла из композиционных материалов, прочного, легкого, простой конструкции и минимальной вредностью при производстве.
Технический результат - увеличение надежности крыла летательного аппарата, снижение веса пустого при сохранении прочности, и как следствие, увеличение дальности и продолжительности полета летательного аппарата, а также снижение себестоимости конструкции.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что крыло летательного аппарата, содержащее по меньшей мере один лонжерон, выполненный из композиционных материалов и обшивку крыла, выполненную из композиционных материалов и состоящую из по меньшей мере двух панелей, причем одна из панелей обшивки крыла выполнена больше чем вторая панель, при этом большая панель выполнена от одной из кромок крыла таким образом, что охватывает противоположную кромку крыла с продолжением по противоположной стороне крыла до лонжерона и соединена с ним, а малая панель выполнена от кромки крыла, соединенной с большой панелью, до лонжерона, с которым выполнена совместно, при этом крыло склеено в районе кромки в месте соединения большой и малой панели, большая панель приклеена к малке в районе лонжерона и лонжерон прикреплен изнутри к большой панели.
В частном случае реализации заявленного технического решения крыло выполнено с по меньшей мере двумя лонжеронами, при этом малая панель выполнена из по меньшей мере двух соединенных между собой панелей, каждая из которых выполнена совместно с соответствующим лонжероном.
В частном случае реализации заявленного технического решения упомянутые панели соединены посредством клеевого соединения внахлест или на ус, или посредством малки.
В частном случае реализации заявленного технического решения лонжерон выполнен П или S-образной формы.
В частном случае реализации заявленного технического решения панели выполнены пластинчатого вида.
В частном случае реализации заявленного технического решения панели выполнены трехслойными, причем в месте крепления лонжерона к большой панели, панель выполнена с утоньшением.
Преимуществом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение надежности и прочности конструкции, уменьшение веса, улучшение повторяемости, а также снижение трудоемкости конструкции и вредности производства. Снижение веса пустого крыла приводит к увеличению запасов топлива и веса полезной нагрузки.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:
фиг. 1 - однолонжеронное крыло. Большая панель преимущественно верхняя. П-образный лонжерон. Полки лонжерона имеют отличную толщину от толщины панели и выполнены из материала, предназначенного для снятия изгибающего момента: однонаправленный углепластик, стеклопластик и прочее. Панели склеиваются на ус в районе задней кромки.
фиг. 2 - однолонжеронное крыло. Большая панель - нижняя. Панели трехслойные. Лонжерон S-образный;
фиг. 3 - двухлонжеронное крыло. Панели соединятся последовательно. Большая и малая панели склеиваются внахлест в районе тупой задней кромки;
фиг. 4 - многостеночное крыло. Большая и малая панели соединяются внахлест в районе передней кромки.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 - большая панель; 2 - малая панель; 3 - лонжерон; 4 - малка; 5 - место склейки.
Осуществление изобретения
Предлагаемое изобретение содержит большую панель (1), малую панель (2) выполненную совместно с лонжероном (3). Большая и малая панели начинаются от одной из кромок, передней или задней и выполнены по противоположным сторонам крыла, большая панель, до противоположной кромки крыла и продолжается по противоположной стороне крыла до лонжерона, а малая панель оканчивается лонжероном. Склейка крыла осуществляется в трех местах: в районе кромки где большая и малая панели соприкасаются, большая панель приклеивается к малке (4) в районе лонжерона и лонжерон приклеивается изнутри к большой панели. Полки лонжерона выполнены из материала, предназначенного для снятия изгибающего момента, например, однонаправленный углепластик или стеклопластик.
В одном из вариантов реализации заявленного технического решения большая по размеру панель является верхней панелью. Панели склеены на ус в районе задней кромки. Крыло выполнено с одним лонжероном. При этом лонжерон в данном варианте выполнен П или S-образным. Полки лонжерона выполнены из однонаправленного углепластика, стеклопластика и т. п. Так как лонжерон предназначен для снятия изгибающего момента, то вдоль размаха крыла он имеет переменное сечение, т. е. изменяется как толщина полок лонжерона, так и ширина. Потребные параметры лонжерона находятся исходя из равенства
где 
- предел прочности при сжатии;
Mu - изгибающий момент;
Ymax - расстояние от центра тяжести сечения до самой дальней точки сечения
- момент инерции лонжерона;
- момент инерции присоединенной панели;
a - расстояние от элемента до центра тяжести сечения;
Fi - площадь элемента;
Eпан, Елон - модуль упругости материала панели и лонжерона соответственно.
В следующем варианте реализации заявленного технического решения большая по размеру панель является нижней панелью. Панели выполнены трехслойными. Лонжерон в данном варианте реализации технического решения выполнен П или S-образным.
В другом варианте реализации заявленного технического решения крыло выполнено с двумя лонжеронами. Лонжероны в данном варианте реализации технического решения выполнены П или S-образными. При этом в данном варианте реализации большая по размеру панель является верхней панелью, а малая панель выполнена из двух частей, соединенных последовательно. Большая и малая панели склеиваются внахлест в районе тупой задней кромки. Панели могут быть выполнены как пластинчатыми, состоящие из по меньшей мере одного слоя ткани, так и трехслойными.
В очередном варианте реализации заявленного технического решения крыло летательного аппарата выполнено многолонжеронным. Лонжероны в данном варианте реализации технического решения также выполнены П или S-образными. При этом в данном варианте реализации большая по размеру панель является верхней панелью, а малая панель выполнена из количества частей равным количеству лонжеронов. При этом части малой панели соединены последовательно. Большая и малая панели соединены внахлест в районе передней кромки. Панели могут быть как пластинчатыми, состоящих из по меньшей мере одного слоя ткани, так и трехслойными, состоящие из двух наружных слоев композита и одного внутреннего слоя заполнителя.
Данное изобретение имеет несколько особенностей:
- одним из технологических требований к конструкциям из композиционных материалов (стеклопластиков, и углепластиков, органопластиков т.п.) формуемых в матрицах является отсутствие ласточкиных хвостов. Несоблюдение этого требования приводит к применению разборной оснастки, что усложняет и удорожает формовку панелей. Исходя из этого требования лонжерон, выполняется или П-образный (см. фиг. 1), или S-образный (см. фиг. 2).
- малая панель в районе лонжерона имеет малку, чтобы приклеиваемая панель не выходила за теоретический контур.
- в практике авиастроения исходя из условий прочности, конструктивных требований, таких как установка второго узла навески крыла, навеска органов управления, размещение узлов и агрегатов, зачастую выдвигаются требования по созданию двухлонжеронного крыла. В этом случае большая панель остается прежней, а малая панель разбивается на две, которые устанавливаются друг за другом (см. фиг. 3).
- чтобы подкрепить панели, обладающие недостаточной устойчивостью под воздействие внешних нагрузок, применяют многолонжеронную (многостеночную) конструкцию. Количество стенок и расстояние между ними вычисляется исходя из условия устойчивости панелей. Соответственно малая панель выполняется из частей равному числу стенок (см. фиг. 4). В случае пластин, расстояние между стенками bo определяется выражением:
где d - толщина панели;
Еобщ - модуль упругости обшивки;
Елон - модуль упругости лонжерона (стенки);
- нормальные напряжения на лонжероне (стенке).
В случае, если материал стенок однонаправленный углепластик
материал обшивки двунаправленный (±45 градусов) углепластик
толщина панели от 0,3 до 3 мм, то расстояние между лонжеронами (стенками) составит от 28 до 280 мм.
В случае применения трехслойных панелей, толщина заполнителя назначается 2 мм и выше. Кроме того, у большой панели в районе склейки с лонжеронами могут быть сформированы утоньшения на величину заполнителя.
В варианте реализации заявленного технического решения лонжерон может изготавливаться отдельно от малой панели и только на этапе выклейки малой панели вклеиваться в оснастке в малую панель. Также лонжерон может полностью выполняться из материала малой панели и формоваться совместно с малой панелью. Панели формуются в матрицах, после формовки, панели обрезаются по контуру, места склейки зачищаются и крыло в приспособлении склеивается.
По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение имеет ряд технико-экономических преимуществ, а именно:
Увеличивается производительность труда, снижается вредность при производстве крыльев, в силу того, что операции опиловки и точения кромок заменяются на обрезание. Увеличивается повторяемость конструкции в силу того, что одна из кромок, обычно передняя кромка изготавливается в одной матрице, не требует после сборки ручной доводки опиливанием. Увеличивается прочность и снижается вес конструкции, в силу того, что места для склейки формируются в оснастке на этапе изготовления панелей, кроме того места для склейки лонжерона с панелями и кромок между собой имеют большую площадь.
1. Крыло летательного аппарата, содержащее по меньшей мере один лонжерон, выполненный из композиционных материалов, и обшивку крыла, выполненную из композиционных материалов и состоящую из по меньшей мере двух панелей, отличающееся тем, что одна из панелей обшивки крыла выполнена больше, чем вторая панель, при этом большая панель выполнена от одной из кромок крыла таким образом, что охватывает противоположную кромку крыла с продолжением по противоположной стороне крыла до лонжерона и соединена с ним, а малая панель выполнена от кромки крыла, соединенной с большой панелью, до лонжерона, с которым выполнена совместно, при этом крыло склеено в районе кромки в месте соединения большой и малой панели, большая панель приклеена к малке в районе лонжерона и лонжерон прикреплен изнутри к большой панели.
2. Крыло по п.1, отличающееся тем, что выполнено с по меньшей мере двумя лонжеронами, при этом малая панель выполнена из по меньшей мере двух соединенных между собой панелей, каждая из которых выполнена совместно с каждым лонжероном.
3. Крыло по п.1, отличающееся тем, что упомянутые панели соединены посредством клеевого соединения внахлест, или на ус, или посредством малки.
4. Крыло по п.1, отличающееся тем, что лонжерон выполнен П- или S-образной формы.
5. Крыло по п.1, отличающееся тем, что панели выполнены пластинчатого вида.
6. Крыло по п.1, отличающееся тем, что панели выполнены трехслойными, причем в месте крепления лонжерона к большой панели упомянутая панель выполнена с утоньшением.
